建筑系统设计与技术控制的再思考

  • 来源:建筑创作
  • 关键字:建筑设计,北京,航站楼
  • 发布时间:2015-09-24 07:48

  绪论

  建筑设计是社会性的活动,内容极广,分工极细,但同时又浑然一体,密不可分。系统的观念和方法即产生于此,它基于我们看待建筑的方式,也直接影响我们解决问题的方式。

  协同、整合本是建筑设计先天固有的观念,随着建筑设计的产生就已存在。但我们在当前状态下,看到的更多却是割裂,单向而缺乏关联:我们更注重技术自身而缺乏对“关系”的研究;方案阶段我们易陷于“专业孤立”,创新常停留在形式、理念上,缺乏技术的支撑和持续的发展;技术设计阶段专业内、专业间各行其道,缺乏整体的建筑控制;固有的流程让我们习惯于完成式的套路,忽视了设计理念与技术逻辑的延续..这一切都直接影响了最终的建筑品质。那么,我们应该怎样理解、怎样做呢?

  专业分工、协同设计、系统整合早已不是新鲜的词汇。十几年前,在进行北京T3航站楼设计时,这些原本从书本得来的概念和理论以一种落实的工作方法、工作流程摆在面前,并让我们得才实现对超大型工程设计的有效控制。

  回顾昆明长水国际机场航站楼的设计历程,更多地对它们有所理解,更多地认识到它们的价值。它们不仅意味着一种用于实操的物化的技术手段,又再次转化为一种设计的理念,是对建筑设计的理解,是建筑设计的技术价值观和方法论。实践中来,实践中去,竟是这样一个漫长的过程。

  问题与回应

  当我们从创作的喜悦和痛苦中刚刚缓过神来,如何在技术实现层面完成对建筑的总体控制和深度表达又摆在我们面前,是成竹在胸还是一片茫然?尤其是当我们面对航站楼这一特定建筑类型的时候。

  航站楼功能导向十分鲜明,内部复合了多类型、多流程的人流、物流、交通组织和各类服务功能,技术系统极为复杂,包含规划、建筑、结构、暖通、水电、信息、自控、安防、特种设施、设备、机务等多种技术需求。就建筑构型和空间特点来讲,往往规模和空间体量巨大,且由于机位布局等功能性需求多以水平连续空间展开。昆明长水国际机场航站楼建筑南北总长度855.1m,东西宽1134.8m,总面积约54.8万平方米,但主体建筑仅地上三层(局部四层),最大单层建筑面积超过13万平方米。

  面对如此规模庞大,技术错综复杂的挑战,如何完成从设计理念到技术实现的转变;如何实现全专业的技术功能需求并使之具有独特的表现力;如何保证建筑的完整性并实现在广度、深度上的全方位、精细化设计控制……这一系列课题,正是我们所面对的挑战。我们必须给出正面的回应,这关乎成败。

  一体化的系统设计

  一体化的系统设计方法是我们的核心策略。

  系统是我们看待建筑的一种方式,因为它们的组成是如此复杂,相互之间又是如此的密切关联。我们以系统的观念看待问题,同样以系统的方法解决问题。

  系统设计是一个建构与分解的过程。建构在于使不同层级的技术系统构成一个整体,立足于各专项技术本身,更立足于不同系统的层级关系和技术关联性,发现技术关键和制约因素,明晰设计逻辑,进而建立统一的设计方法和标准;分解在于细化的实现,形成相应的工作模式与实施步骤。

  在昆明长水国际机场航站楼设计中,建筑根据部品及其技术属性进行系统划分,不同技术系统之间先天的技术逻辑使它们构成相互关联的整体。设计不再是按照物理性的平面或者竖向分区、分片来展开,不再以最后的设计图纸为目标,而是直指各专项系统的技术深化本身,强调各专项技术的技术深度和它们之间的技术协调性,形成更本质化的以技术为导向的工作方法。

  1、建筑专项系统的技术细分与协同

  建筑系统细分的目的在于技术的专业化分工与实施。

  昆明长水国际机场航站楼技术系统构成强调其完善性和深入性,强调以技术属性为关注重点。

  常用的一级系统包括:常规设计系统;幕墙系统;屋面系统;内装修系统;设施设备系统;标识系统;在这一层级当然尚不足以实现设计的精细化,需要在系统内再次通过多层级细分,直到使各专项技术深入到细部节点层面,广度和深度是系统分解的关键。如常规设计系统可细分为总图系统、平面系统、剖面系统、立面系统..等二级系统,其中平面二级系统根据建筑构件、部品的技术属性再进一步划分为:

  ①轴网系统;

  ②模数定位系统;

  ③结构构件系统(结构柱、结构墙等);

  ④隔墙系统;

  ⑤天花系统;

  ⑥核心筒系统;

  ⑦卫生间系统;

  ⑧门窗系统;

  ⑨标注系统;

  ……

  最终的系统目标都将归结于各专项部品及其细节的技术设计上。

  再如幕墙系统。根据其形式特性、技术特性、结构条件、构造方式、材料性能及特定部位的差异化,按照由总体到局部再到细节,从典型到特殊的原则逐级分解为多层级子系统。其二级系统可大致划分为:

  ①EWS-1型公共区框架式玻璃幕墙系统;

  ②EWS-2型机坪层公共区框架式玻璃幕墙系统;

  ③EWS-3型机坪层服务设施铝合金外挂板幕墙系统;

  ④EWS-4型东西前端指廊框架式玻璃幕墙系统;

  ⑤EWS-5型南中心区悬索点式玻璃幕墙系统;

  ⑥EWS-6型登机桥框架式幕墙系统;

  ⑦EWS-7型屋面天窗系统;

  ……

  又如其中的EWS-5系统可进一步细分为:

  ①EWS-5.1-南侧中心区南立面拉索点式彩带垂直型玻璃幕墙;

  ②EWS-5.2中心区陆侧东、西两侧拉索点式垂直型玻璃幕墙系统;

  ……

  建筑系统的细分最终将直至节点详图层面,涵盖航站楼的所有差异化内容,这一过程实际上是实现专业细化和深度控制的过程,尽管在实际工作中系统细化的具体内容会有所不同,会有适当的简化与压缩,但其本质和目的如此。

  (1)专项化分工

  建筑系统的技术细分催生设计的专项化分工,这是一种由技术逻辑到组织逻辑、工作流程的转变,它促进了专项技术向纵深方向发展。

  在昆明长水国际机场航站楼设计中,设计人员按照不同建筑部品、不同专项技术系统进行设计分工,以个体或小组做为执行主体。如专人负责核心筒设计,专人负责卫生间设计,专人负责电梯设计,专人负责栏杆、隔断设计..等。最终的平面图、立剖面图、甚至大样节点详图等都是由多小组完成的多系统设计复合生成的结果。各子系统设计互为条件、互为要求,所依据的不是短板效应而是长板效应,整体设计向最准确、最深入、最精细的系统看齐,以实时同步的协同方式不断向更高完成度推进,这是专项分工的最大益处。

  (2)协同设计

  专项系统的深化需要全系统的高效整合,最终的设计成果是各专项技术的集成,协同设计成为必然。设计质量和技术水平一方面取决于各专项系统设计的深度,一方面来自于整体的协调性。

  各专项系统通过可视化、实时更新的计算机网络协同平台被绑定在一起,以“多人同时画一张图”的协同工作模式,做到实时参照、实时更新,保证了建筑技术系统的整体协调。这需要组织上的协同,也需要技术上的协同,实际就是指建立统一的规则。其中模数制原则就是一个简单有效的方法。昆明长水国际机场航站楼设计建立了一套统一的标准模数的平面及立面几何定位网格系统,这个网格系统在方案、技术设计一开始就已建立并一直发挥作用。它直接对应最终的实际完成效果(装修面控制),将结构、机电,建筑布局、围护系统、装修等全专业、全系统的定位原则紧密统一在一起,建立起通用的量化的空间秩序,使航站楼统一在一个隐形的定位体系当中。正是这种全专业、全系统、全过程的设计规则使航站楼的形式秩序得以确立。

  2、系统整合

  在各专业、各系统的设计过程中,建筑必须始终被当作一个整体,整体是局部的法则,也是局部的检验,任何一个局部的偏差对于整个建筑体系而言都格格不入。整合强调各专业、各系统间的协调关系,强调普遍的联系和统一的规则。

  建筑是整体的表达,对建筑性能起到最关键作用的不是技术创新而是技术整合。

  (1)全专业技术系统的建筑整合与表达

  建筑创作并非建筑师的专利,建筑设计也不仅仅是建筑师加上结构、机电工程师这么简单。

  对于机场航站楼楼来讲,它的规模、投资、社会影响、环境影响、经济作用无疑比一般公共建筑要大很多,所涉及的专业技术系统远比一般公共建筑要复杂,对整体性、系统性的要求也要比一般公共建筑高得多。正是基于这样的一个基本要求,设计关注的重点除了细节的技术控制,更始终聚焦在航站楼整体的系统集成、系统优化方面。

  各专业、各系统既要实现各自的技术功能,同时必须取得整体的协调。任何一项专业技术的需求、变化都会对整体结果产生影响,在不同的设计环节,不同的专业影响虽可能会有主次之分,但任何过分强调一方而忽视其他专业技术性能的做法都会对结果产生不良作用。结果是一种技术性的平衡,强调技术与技术之间、系统与系统之间的关联度和协调性。

  建筑师首先应建立起整体控制的理念和有效的方法,以统一的建筑语汇实现全专业在内容和形式上的统一,这也需要专业工程师以共同的认识对设计意图有充分的理解和积极的响应。简单举两个例子。

  昆明长水国际机场航站楼中心区中以独特的钢结构彩带代替了常规的结构柱做法,不仅使航站楼中心区成为跨度72米的无柱空间,同时使结构构件成为建筑空间形态和划分内部空间序列的标志,创造了独特的空间体验和视觉效果,传达了形式美学与结构力学相结合的理念。

  航站楼内公共区域多为开敞高大空间,空调系统设计强调技术性能水平时,需兼顾到空间体量、管线的通道条件、旅客舒适度要求,同时必须保证建筑整体的空间效果,这需要寻找到即能适应建筑空间特点,实现技术功能,又符合建筑表现要求的系统技术解决方案。基于分层空调理念的机电综合单元——罗盘箱有效地解决了这个问题。在技术层面,分层空调、独立空调箱已非什么创新,但它仍向我们清晰地传达出系统整合这一个基本理念,其意义并不局限于机电技术本身,也并非罗盘箱的精细化设计和具体形式,而在于它们背后的性能化分区的空调理念,在于建筑与机电系统的整合理念。

  (2)全过程的持续设计

  系统整合当然不仅仅限于几个主要技术专业的整合,随着建筑的外延、内涵将涉及到行业、社会的各个层面。这里无意再做过多拓展,只想再强调一下设计在时间、流程维度上的特性,系统设计贯穿于设计全过程。

  全过程设计有两层含义,对设计阶段而言,设计应持续性地贯穿整个设计阶段;对设计对象而言,设计应关注建筑的整个生命期。

  国内外开展的众多设计模式研究中,无论是整体设计、并行设计或者共享设计,尽管名称不尽相同,但都对设计过程提出了一种相类似的“循环设计”的概念。它指的是一种贯穿于各个设计阶段的“分析→设计→模拟→评价→修正→再分析→再设计→..”的持续递进式流程和方法。实际上,它所展示的正是设计工作的一个最原始的基本模型,一个概念、一个方案最初在大脑中形成所遵循的也是这一路线,现在我们要做的是使全专业技术信息、建造与运营管理信息能够得到完整而系统的综合,通过不断的互动反馈,持续优化至最终成果。它的最大意义在于使得真实的设计逻辑成为设计流程的主导,不仅使“设计”在前期策划、概念设计、技术设计等每一个阶段内持续进行,也使“设计”在不同阶段之间保持持续的发展。设计过程因此呈现出它的本来面目,而不再是仅仅以完成为目标的单向的线性状态。设计的发展如同一个有机体,需要持续的生长过程,设计理念、技术实现必须融合、贯穿于设计全过程,系统集成需要在设计的全过程得以持续,它的形式和内容多种多样。

  在昆明长水国际机场航站楼设计中,设计同样按照标准流程推进,其中也有方案深化、初步设计、施工图设计等各个阶段的划分,但设计的理念和逻辑发展从未间断。设计优化在持续地、反复地进行,这是一种循序渐进的不断完善的过程,而不是突变式的或阶段式的。

  方案深化过程中,全专业共同投入,系统性的技术研究极大地促进设计理念的完型,设计并不是建筑师凭空的灵感。

  施工图设计并不妨碍继续做一些方案性的探讨和调整,不妨碍引入新的设计理念,这种并行交互式的设计过程使施工图设计不只是单纯的技术表达,而是对设计理念的深化,是对理念的细节控制。

  在施工过程中,建设指挥部的宏观协调,屋面、幕墙、夜景照明、景观、装修、商业策划等专业顾问、施工单位的专业细化,使设计理念、技术实现得以不断深化至细节,并最终得以实现。这是一种全社会资源的整合设计,其效果往往超出建筑设计的初始预期。

  设计需要持续的过程,这是一种能力,也是一种认识和方法。当我们能够有意识、有计划、有步骤地做到这一切时,我们才能真正实现建筑控制。在长期工作惯性的支配下,我们很容易对设计流程产生误读:方案、初设、施工图的阶段性划分被机械地理解为工作内容、工序工种上的划分,每一个设计阶段被孤立,之间的联系被忽视,设计理念与技术逻辑无法延续和发展。前期过于概念而缺乏对技术支撑的研究,后期又受制于技术手段而中断了理念的发展,片面强调生产效率使设计过程中思想、技术、方法的反复交锋、碰撞被忽视、被省略、甚至被排斥。在这种模式下,建筑师很容易陷于“专业孤立”的境地,设计目标、设计需求、设计条件等技术信息的传递表现为单向的,所谓的建筑创新往往停留在形式上,停留在理念、想法上,项目完成后却已消失殆尽。这与持续设计发展所产生的结果差别是巨大的。

  结语

  本文并非试图去建立一个系统或标准,也不想给出具体的设计方法,而是对设计的反思。

  记得在昆明长水国际机场航站楼设计时,当面对“建设全国第一个绿色机场试点工程”的宏观目标和一本《绿色航站楼设计任务书》的各项设计指标时,我们充满困惑。何谓绿色机场、绿色航站楼?这些指标与绿色设计的关系是什么……最终,我们决定暂时把这些标准、指标统统都放下,把关注的重点放回到真实的设计中,努力去实现一个好的航站楼,一个好的建筑。

  在设计过程中,我们始终坚持固有的以建筑为主导的系统设计和整合设计的理念和方法,执着于对建筑品质、技术性能的追求,各专业近百人的设计团队常年现场设计,心无旁骛日夜艰辛努力。时不时,我们会回到绿色航站楼设计任务书中来,发现其中积极的设计要素,去弥补我们的不足,同时将设计发展的结果反馈回去,去说服上级部门进行必要的调整和修正。现在回想起来,那竟是一个很绿色的设计过程:团队组织上的高度整合;无间断的反复循环的持续设计流程;建筑师为主导、以整合为目标的设计理念和设计方法;专业技术团队无保留的技术支撑;对建造、对工艺、对性能的深入把控;对旅客使用和体验的高度责任和敏感;对运营的快速准确的反映;与业主、专业技术顾问团队、施工方、专业厂家的密切伙伴关系;以及设计团队不知疲倦的反复协调、调整、深化、再协调、再调整、再深化..正是这样的强调系统性与持续性的设计过程,使我们最终与业主、与绿色设计任务书编制单位达成了对绿色设计、对绿色技术的共识,并最终忠实地建造呈现出来,这真是一种自觉与不自觉间的幸运。

  2012年5月,昆明长水国际机场通过住建部三星级绿色建筑设计标识评审,成为国内首个获得三星级绿色建筑设计标识认证的机场项目。这也算是对我们这一理念和方法的认可吧。

  柳澎

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